MSL Rover Curiosity - Transit und Landung

Mit der flächigen Matrix hast du schon Recht, aber ein paar dutzend? Wie wäre es mit einigen Millionen? Wie in "jeder" Kamera? ...

Die Frage von Gucky bezog sich auf Sternsensoren in der Vergangenheit. Nur danach habe ich gesucht und es gefunden (siehe oben: Edit 3). Die Voyager Star Tracker verwendeten tatsächlich Röhren mit einigen Tausend "Bildpunkten". Wie wird es wohl bei Pioneer oder Mariner gewesen sein?

CCD wurden 1969 erfunden, 1974 gab es einen ersten 100-mal-100-Sensor als Labormuster, 1976 kam das erste CCD mit einem Spionagesatelliten ins All.

Ich möchte gerne meine Frage von weiter oben wiederholen, da sie leider nicht beantwortet wurde. Ich hoffe, das nimmt mir niemand übel.

Wird der Startracker während eines Korrekturmanövers gebraucht, um die Lage zu stabilisieren oder nur vorher, um die Lage für die Korrektur genau zu bestimmen?

Im ersten Fall wäre es ja ziemlich ohne Risiko, wenn es nochmal einen Ausfall gäbe. Mitten im Manöver könnte es fatal sein.

Gruß

Führerschein

Sowohl als auch.

Ein Sternsensor sollte genauer sein und die Orientierung auch über lange Zeit genau messen können. Vor allem aber kann er sich selbst eichen.

Trägkeitsnavigation hingegen stützt sich auf Angaben über Beschleunigungen. Die dabei aufgetretenen Messungenauigkeiten summieren sich mit der Zeit. Dann muss die Position neu bestimmt und das System neu geeicht werden. Zur Eichung braucht man aber eine genaue Richtung. Ob sich die Richtung eines Funksignals von der Erde ebenso genau bestimmen lässt, wie die Position eines Fixsterns, wage ich zu bezweifeln. Natürlich kommt es auf die Genauigkeit des Sternensensor an. Voyager hatte hier 0,1°.

Mit heutiger Technik könnte die Trägheitsnavigation aber vielleicht genauer sein als Sternsensoren damals.

Über den kurzen Zeitraum eines Korrekturmanövers dürfte die Trägheitsnavigation aber recht genau sein, so dass man auf einen Sternsensor verzichten kann.

Genaues wissen die Techniker der NASA und beteiligter Firmen.

Über den kurzen Zeitraum eines Korrekturmanövers dürfte die Trägkeitsnavigation aber recht genau sein, so dass man auf einen Sternsensor verzichten kann.

Bei der NASA sprechen sie von einer genau abgestimmten Sequenz von Zündungen der acht Triebwerke über eine Zeitdauer von 175 Minuten... Drücken wir mal die Daumen, dass der Ungenauigkeitsfaktor im Vergleich zum Startracker nicht zu stark ins Gewicht fällt.

Okay,na,ja,es gibt ja noch einige Kurskorrekturen,um TCM-1 auszugleichen,aber natürlich stellt sich die Frage,wie stark die Mess-Abweichungen des B-Systems wirklich sind.Hoffendlich "summieren " sich die Fehler-Abweichungen " nicht.Ehrlich,ein ungutes Gefühl beschleicht mich schon......aber ich will da rauf (schliesslich habe ich mich auf Participation eingetragen,wehe,das klappt nicht  )  Mfg Marslady

Okay,na,ja,es gibt ja noch einige Kurskorrekturen,um TCM-1 auszugleichen,aber natürlich stellt sich die Frage,wie stark die Mess-Abweichungen des B-Systems wirklich sind.Hoffendlich "summieren " sich die Fehler-Abweichungen " nicht.Ehrlich,ein ungutes Gefühl beschleicht mich schon......aber ich will da rauf (schliesslich habe ich mich auf Participation eingetragen,wehe,das klappt nicht  )  Mfg Marslady

Das wird schon klappen, vielleicht kann man die Kurskorrekturen in kleineren Schritten vornehmen und zwischendurch immer wieder anpeilen und den Kurs berechnen. Falls die Triebwerke und die Treibstoffreserven
das hergeben.
Auf jeden Fall zeigt sich jetzt der enorme Vorteil Curiosity mit der Atlas auf Fluchtkurs zu bringen, und nicht wie
Phobos-Grunt in einer Erdumlaufbahn auszusetzen.
So hat die Sonde immer Licht, steht "ruhig" am Himmel und man kann senden und empfangen und hat Zeit.

175 Minuten sollten kein Problem darstellen.

Man kann die Trägheitsnavigation mit der Radsensor-Navigation beim PKW (mit eingebautem Navigationssystem) vergleichen und den Sternsensor mit GPS. Hat man in einem Tunnel keine GPS-Signale, so kann das Fahrzeug dennoch mit Hilfe von Radsensoren recht genau berechnen, wie weit und in welche Richtung man gefahren ist, auch bei Lenkmanövern, wenn die Werte für rechtes und linkes Rad getrennt gemessen werden. Der Fehler liegt bei einem 1-km-Tunnel bei angenommenen 2 Metern.

Ist der "Blindflug", also der Tunnel allerdings 100 Kilometer lang, dann wäre der Fehler beträchtlich größer. Hat man dazwischen aber wieder Gelegenheit zur Eichung (Abgleichung mit GPS), so kann man nacheinander auch 90 Tunnel von jeweils 1 km Länge durchfahren, ohne große Abweichungen befürchten zu müssen.

Wenn man die Eichung auch über Funksysteme von der Erde aus genau genug hinbekommt, ist dies zwar ein zusätzlicher Aufwand, den Mars trifft man aber dennoch. Ob die Zielgenauigkeit für den Gale-Krater ausreicht?

Je weiter man von der Sonne entfernt ist, umso kleiner erscheint diese und umso genauer wird damit der Sonnensensor. Das wäre dann eine zweite Alternative. Die "Zielgenauigkeit" läge zumindest unter 0,4 Grad, vielleicht genau genug für ein paar Last-Minute-Korrekturen.

Bestimmt aber bekommt man das Sensorproblem vorher durch ein Software-Update hin.

P.S. Wir machen übrigens Radsensor-Navigation mit LEGO Mindstorms Nxt im naturwissenschaftlichen Profilunterricht der Klasse 9. Da hängt der Winkel bei einer Kurvenfahrt ziemlich stark vom Untergrund ab (Teppich, Holz, Kacheln). Im Weltall sollte das kein Problem sein.

Wenn man die Eichung auch über Funksysteme von der Erde aus genau genug hinbekommt, ist dies zwar ein zusätzlicher Aufwand, den Mars trifft man aber dennoch. Ob die Zielgenauigkeit für den Gale-Krater ausreicht?

Wenn nicht, könnte man das bestimmt mit weiteren Korrekturmanövern ausgleichen.

Mich bringt das aber auf etwas Anderes: Wenn ein Bauteil wie dieser Startracker so wichtig für die Mission ist, dann ist er doch bestimmt redundant ausgelegt, also es müssten mehrere unabhängige Exemplare an Bord sein. Besonders komplex und/oder teuer ist ein solches Gerät ja sicher nicht, verglichen mit Dingen wie dem Skycrane, dem RTG oder gar Cury selbst.

Bei den Voyager-Sonden waren die Sternsensoren (trotz Röhrentechnik) redundant. Da wird das bei Cury sicher auch so sein. Das Problem scheint, wenn ich das richtig mitbekommen habe, aber nicht beim Sensor zu liegen sondern beim Interface mit dem Steuerrechner. Der hat ja ein Reset vollzogen.

Hallo Gemeinde,
mein 1. Betrag, und  zugleich auch eine Frage zu Curiosity.
Das Gerät wird nun auf den Weg gebracht und wird das Ziel Mars sicher
erreichen.
In den vielen Demonstrationen der Landung des wunderschönen "Autos"
bekomme ich schon  mal kribbeln im Bauch ob das so auch funktioniert wie geplant.

Mein Wunsch wäre ja auf dem Mars zu stehen und die Ankunft des Gerätes in
unmittelbarer Nähe live mit zu erleben. (wer möchte das nicht auch )

Das Gefährt ist ja nun super  aber , mal zur Frage :
ich sehe da sehr viel Technik on Bord, die doch recht ungeschützt über den Mars
fährt. Sandstürme könnten doch die Technik beeinträchtigen und schnell zum versagen einzelner Elementgruppen führen
Warum hat man da nicht mehr  "eingepackt" um  schnelle Schäden am teuren Gerät  zu vermeiden.??
schönes Wochenende zusammen, Gruß
Werner

Hallo allerseits,

Ein Trägheitsnavigationssystem wird in der Regel immer zusammen mit einem anderen Lagekontrollsystem betrieben, um die systematischen Abweichungen bei längerer Benutzung korrigieren zu können. Ist ein "analoges" System mit Schwungrädern. Wie hier schon ausführlich dargestellt, kann man es mit GPS oder einem Funksignal oder einer anderen Quelle zur Eichung kombinieren und erreicht dann eine ausreichende Regelgenauigkeit. Zuverlässig ist es auf jeden Fall, da es mechanisch funktioniert.

Die Frage, die sich mir stellt, ist, warum man trotz der unbenutzbaren Sternensensoren nur mit dem INS eine über 175 Minuten gehende Kurskorrektur mit mehreren Triebwerkszündungen ausgerechnet jetzt vornimmt. Möglicherweise wird es mit der Kursplanung ja nun doch etwas enger und man muß TCM-1 jetzt auf jeden Fall machen, um das Zielgebiet auf dem Mars eingrenzen zu können.

In der NASA-Statusmeldung ist davon die Rede, dass die Fehlersuche beim Startracker immer noch andauert. Man benutzt jetzt den B-Computer an Bord von Curiosity, um die Fehlersituation, die nach dem Start Ende November zum Crash des Hauptcomputers geführt hat, nachzustellen. Bisher allerdings ohne Erfolg.

Vermutlich deshalb benutzt man auch nicht einen sicherlich redundant vorhandenen B-Startracker. Bei einem systematischen Fehler dürfte auch der den Fehler erzeugen. Nichts ist kritischer, als während einer Triebwerkszündung ohne Hauptcomputer dazustehen. Hat man jetzt erst bei Phobos Grunt gesehen ...

Grüsse, Udo

Zuverlässig ist es auf jeden Fall, da es mechanisch funktioniert.

Bist Du sicher? Laserkreisel sind ja nun auch nichts mehr neues.

Gruß, Klaus

Leider findet man ausgerechnet über die Lageregelung die wenigsten Informationen. MSL verwendet einen Sternscanner, keinen einfachen Tracker. Ein Tracker verfolgt einen Stern, damit sind 2 Achsen festgelegt. Für die 3. Dimension benötigt man noch einen mechanischen Winkelsensor. Der Scanner ist für rotierende Raumfahrzeuge vorgesehen.

Edit:
Im MSL sind 1 Sternscanner und 2 Sonnensensoren verbaut. Der Scanner ist offenbar nicht redundant vorhanden.

Warum hat man da nicht mehr  "eingepackt" um  schnelle Schäden am teuren Gerät  zu vermeiden.??
schönes Wochenende zusammen, Gruß Werner

Zum einen spart man dadurch Masse, zum anderen ist die Wirkung eines Sturms auf dem Mars nicht so wie auf der Erde. Die Luftdichte liegt unter 1% der auf der Erde. Ein Wind von 100 km/h hat auf dem Mars also mechanisch die Wirkung von Fast-Windstille auf der Erde. Da Cury keine Solarzellen hat, ist auch die Energieversorgung unabhängig von der Staubbedeckung. Also muss man im Wesentlichen die empfindlichen wissenschaftlichen Geräte vor Wind und Wetter schützen. Außerdem müssen bestimmte Komponenten warm gehalten werden, was mit dem Radionuklidgenerator an Bord gut möglich sein sollte.

Mit der flächigen Matrix hast du schon Recht, aber ein paar dutzend? Wie wäre es mit einigen Millionen? Wie in "jeder" Kamera? Sonst kann man doch keine Sterne als Bild sehen. Wie z. B. im Mars Reconnaissance Orbiter:

Man braucht ja auch keine Kamera.

Theoretisch genügen ja auch 4 Sensoren.... Wenn der linkere heller ist als der rechte, dann drehung nach links... solange bis beide gleich hell sind. Simpelste analoge technik

Dann kann man aber nur die Sonne fixieren, oder halt das hellste Objekt das man in eine Richtung findet.

Die Dinger funktionieren doch ganz anders, als ich zunächst gedacht hatte. Rotierende Raumfahrzeuge wie das MSL verwenden einen Star Scanner. Dieser erfasst das Licht ausgewählter Sterne, das nach Passieren einer Bündelungsoptik durch zwei schräg zueinander stehende Schlitze fällt und in einem lichtempfindlichen Sensor einen Spannungsimpuls erzeugt. Aus der Differenz beider Impulse und der Rotationsrate kann berechnet werden, an welcher Position der Stern die beiden Schlitze traf. Aus dieser Information und der Neigung des Scanners gegenüber der Flugachse lässt sich die Lage des Raumfahrzeugs ermitteln. Ein Winkelsensor gehört also dazu.

Bei Galileo wurde noch eine Photonenvervielfacherröhre verwendet, um den Spannungsimpuls für die Elektronik zu erzeugen. Die Stärke des Impulses ist ein Maß für die Helligkeit des Sterns. Ausgewählt hatte man 6 helle Sterne und die Genauigkeit des Systems war besser als 0,05° (Voyager 0,1°). Um 2000 wurden Systeme entwickelt, deren Genauigkeit um 0,01° liegt. Im Allgemeinen wird die Lageinformation aus dem Sternsensor genutzt, um in gewissen Abständen das Trägheitssystem (Kreisel) zu eichen. Während Bahnmanövern werden i. A. nur Daten des Kreiselsystems verwendet.

Star Scanner bei Galileo

Mal sehen, wann ich etwas Konkretes zum Sternsensor des MSL finde. Ich vermute aber, dass das Funktionsprinzip unverändert ist.

Ich habe mich das auch schonmal gefragt, wenn auch mehr im Zusammenhang mit den ständig "im Dreck wühlenden" Rädern, in denen aber ja jeweils ein bis zwei Elektromotoren plus Getriebe werkeln...

ich sehe da sehr viel Technik on Bord, die doch recht ungeschützt über den Mars
fährt. Sandstürme könnten doch die Technik beeinträchtigen und schnell zum versagen einzelner Elementgruppen führen
Warum hat man da nicht mehr  "eingepackt" um  schnelle Schäden am teuren Gerät  zu vermeiden.??

Du meinst da wohl vor allem den Instrumentenarm mit seinen vielen Motoren, Gelenken und Instrumenten? Ja, wie kommen die bloß mit dem ganzen Staub und Sand klar, ohne sich innerhalb von ein paar Wochen selbst außer Betrieb zu schmirgeln?! 

Die Antwort lautet: Knowhow! Erstens dürfte man von irdischer Technik schon reichlich Erfahrung haben, wie man Maschinen in staubiger Umgebung zu konstruieren hat (z.B. Wüsten). Zweitens konnte man auf Mond und Mars auch schon Erfahrungen sammeln, wie die Technik dort klargekommen ist. Drittens werden "sie" ihre Geräte im Labor vorher gründlich getestet haben.

Verpackungen wären sicher der beste Schutz gegen Staub, aber allein schon bei den Rädern ist klar, dass man die nicht wirklich verpacken kann. Auch beim Instrumentenarm könnte man zumindest den "Kopf" nicht einpacken, weil dessen Instrumente teilweise direkten Kontakt zu ihren Untersuchungsobjekten brauchen.

Stattdessen werden die empfindlichen Gelenke wahrscheinlich mit Dichtungen versehen sein, die selbst unter Bewegung den Dreck draußen halten, und zwar auch nach jahrelangem Einsatz. Ich nehme an, dass diese Dichtungen mittlerweile so gut und so sicher sind, dass man auf Verpackungen getrost verzichten konnte.

Terminus

Noch eine Frage zur Portalmeldung von Simon: "...gibt es auf dem Weg zum Mars noch fünf weitere Möglichkeiten für eventuell benötigte Kurskorrekturen oder Feintuning."

Bedeutet das, dass maximal fünf weitere Kurskorrekturen eingeplant sind (und es auch weniger sein können) oder dass es nur zu fünf (aus Gründen der Bahnmechanik?) vorbestimmten Zeitpunkten derartige Korrekturmanöver geben kann?

Grüsse

Wilhelm

Hallo Wilhelm,

in der offiziellen Pressemitteilung der NASA steht folgendes:

The mission's schedule before arrival at Mars on Aug. 5 in PDT (Aug. 6 in Universal Time and EDT) includes opportunities for five more flight path correction maneuvers, as needed, for fine tuning.

Frei übersetzt heißt das, das im Zeitplan bis zur Landung noch fünf Fenster "frei" sind, an denen Kurskorrekturen erfolgen können, sofern erforderlich. Es können aber auch weniger sein.

Sollten aus irgendwelchen Gründen mehr Manöver erforderlich sein, so werden diese auf jeden Fall auch im Flugplan unterkommen.

Gruß, Simon

Simon, vielen Dank. Dann sind das also keine etwa aus Gründen der Bahnmechanik oder so vorgegebenen bestimmten Zeitpunkte (vergleichbar etwa mit dem "Starfenster"), zu denen die Manöver vorgenommen werden können, oder?

Grüsse

Wilhelm

Simon, vielen Dank. Dann sind das also keine etwa aus Gründen der Bahnmechanik oder so vorgegebenen bestimmten Zeitpunkte (vergleichbar etwa mit dem "Starfenster"), zu denen die Manöver vorgenommen werden können, oder?

Nö, die sind einfach im Zeitplan festgesetzt, mit der Bahnmechanik hat das nichts zu tun. (Außer der Tatsache, dass je früher man beim Korrigieren ist, desto weniger Treibstoff braucht man)

Gruß, Simon

Am sparsamsten wäre es, wenige Manöver zu fliegen, am Besten sogar mit nur einem Manöver am Start den Mars schon "zu treffen". Aber, das ist alles ungenau: Messungfehler bei Position und Bewegung von Sonde und Mars und die Manöver selbst ist auch fehlerbehaftet. Daher verteilt man die Manöver über die Flugbahn. Zwischendurch ergibt sich immer wieder ein neuer Sachstand. Man hat Positionen und Bewegungen neu vermessen und kann anhand der aktuellen Daten manövrieren. Die Manöver werden dann auch immer genauer, und erzeugen quasi weniger zusätzlicher Fehler/Variationen, die man auch noch ausgleichen müsste.
Nur am Ende wird es wirklich eng, sowohl räumlich als auch zeitlich. Evtl. ist man schon zu weit abseits oder hat dann zu wenig Zeit ein Manöver ordentlich einzuleiten.

Spielt denn der Sonnenwind auch eine Rolle? Während der Flugzeit zum Mars ist die Sonnenaktivität unterschiedlich stark und dann wird man auf -ich sag mal "stärkere Brise von Backbord"- reagieren müssen...

Ja der Sonnenwind zählt auch zu den Störkräften. Außerdem alle Anziehungskräfte der übrigen Planeten/Monde/usw in unserem System. Der Strahlungsdruck der Sonne spielt auch noch mit rein.

Natürlich kann man alle diese Einflüsse berechnen und die NASA wird das mit ziemlich hoher Genauigkeit auch im Voraus gemacht haben, dennoch wird man den Kurs korrigieren müssen, denn 100% genau rechnen kann man das nicht.

Der Sonnenwind liegt weiter unter allen anderen Störgrößen. Selbst der Strahlungsdruck ist deutlich wirksamer. Zudem ist MSL mit seiner Cruise-Stage sehr kompakt. Nach meinen Simulationserfahrungen, würde das keine nennenswerte Rolle spielen.